In fisica e astronomia vengono studiate ipotetiche particelle in grado di viaggiare più velocemente della velocità della luce. Queste ipotetiche particelle sono chiamate tachioni. Sebbene la teoria della relatività di Einstein ci dica che le particelle non possono viaggiare più velocemente della luce, questo tipo di particelle viene utilizzato per condurre vari studi, dai quali si ottengono grandi benefici scientifici. Se vuoi saperne di più sulla fisica moderna e sui suoi concetti, puoi consultare cos'è la fisica quantistica.
In questo articolo ti diremo tutto ciò che devi sapere sui tachioni e sulle loro caratteristiche.
Cosa sono i tachioni
Quando in fisica o in astronomia analizziamo le diverse particelle che viaggiano nello spazio e nel tempo, diciamo che esiste un limite alla velocità della luce. Chiunque possa viaggiare più velocemente della luce può viaggiare nel tempo. L'energia tachionica nasce dall'insieme dei tachioni capaci di viaggiare ad alta velocità . Questo tipo di energia è neutra e si muove a una velocità 27 volte superiore a quella della luce. I tachioni sono i componenti di questo tipo di energia e corrispondono all'energia del pensiero.
Se lo analizziamo dal punto di vista della teoria della relatività speciale di Einstein, il tachione è una particella ipotetica che ha un quadrimomente di tipo spaziale. Ciò implica che la sua energia e i suoi momenti sono reali, la sua massa a riposo sarebbe un numero immaginario. Ciò rende il suo quadruplo impulso negativo. Analizziamo il momento del tempo proprio e vediamo che sperimenterà un tachione che è anch'esso immaginario. Per approfondire il modo in cui questi concetti influenzano la nostra comprensione dell'universo, puoi leggere cos'è l'astrofisica.
Un effetto curioso dei tachioni è che, a differenza delle particelle reali, la loro velocità aumenta all'aumentare della loro energia. La conseguenza di ciò è dovuta alla relatività speciale. Ipoteticamente contrassegniamo un tipo di tachione con una massa quadrata negativa. Se siamo d'accordo con Einstein, l'energia totale che ha una particella è la sua massa a riposo è moltiplicata per la velocità della luce al quadrato e moltiplicata per il fattore di Lorentz.
Quando i tachioni vengono utilizzati per la materia ordinaria, vediamo che l'energia aumenta con la velocità e diventa infinita man mano che la velocità si avvicina a quella della luce. Se la massa è immaginaria, anche il denominatore della frazione deve essere immaginario per ottenere l'energia come numero reale. Affinché il denominatore sia immaginario, la radice quadrata deve essere negativa. Ciò accadrà solo se la velocità della particella sarà maggiore della velocità della luce. Da qui nasce il fatto che il tachione è una particella che viaggia a una velocità superiore a quella della luce.
Limitazioni e teoria dei campi
Va notato che i tachioni sono limitati dalla proporzione del tipo spaziale di grafite che si ottiene analizzando l'energia e il momento. Pertanto, questa ipotetica particella non può mai andare a velocità inferiori a quella della luce. È un fatto curioso, mentre l'energia di questa particella diminuisce, la sua velocità aumenta.
Se i tachioni esistessero e potessero interagire con la materia ordinaria il principio di causalità potrebbe essere violato. Questo principio descrive la relazione tra cause ed effetti. È un principio fondamentale per tutte le scienze naturali, soprattutto nel campo della fisica. La causalità può anche essere studiata da altre prospettive come filosofia, calcolo e statistica.
Secondo la teoria della relatività generale è possibile costruire spazi-tempi in cui le particelle possono propagarsi a una velocità superiore a quella della luce. Si tratta di uno spazio di tempo sempre relativo a un osservatore distante. Per maggiori dettagli sul comportamento delle particelle, ti consigliamo di leggere curiose nubi di Kelvin-Helmholtz.
Se consideriamo la teoria dei campi, vediamo che i tachioni sono solitamente un campo scalare. In questo caso ha una massa quadratica negativa. Il fatto che esista un tale particolare significa che esiste un'instabilità del vuoto spazio-temporale. Questo perché l'energia del vuoto ha un massimo invece che un minimo. Una piccola spinta in questo spazio-tempo potrebbe causare un decadimento delle ampiezze esponenziali che produce una condensazione di tachioni.
I tachioni appaiono anche in molte versioni della teoria delle stringhe. Questa teoria lo afferma tutto ciò che vediamo sono particelle divise in elettroni, fotoni, gravitoni, ecc. Tutte queste particelle sono in realtà diversi stati vibrazionali della stessa stringa. Quindi, la massa di una particella può essere dedotta come la vibrazione esercitata dalla corda. I tachioni compaiono nello spettro degli stati della stringa ammissibile, il che significa che alcuni stati hanno masse al quadrato negative. Si tratta quindi di masse immaginarie.
I tachioni potrebbero rispondere a domande sull'universo?
Gli scienziati Erbe fritte, dalla Brown University e Yves gabellini, dell'INLN-Université de Nice, credono che i misteri del Modello Standard possano essere risolti dai tachioni. Questi scienziati hanno elaborato un modello basato sui tachioni nel tentativo di trovare una spiegazione all'energia oscura nello spazio. Il modello da loro creato presentava diverse difficoltà matematiche poiché conteneva numeri immaginari del tutto inaspettati.
Sappiamo che la massa a riposo di un tachione è un numero immaginario. Questo non è il caso delle particelle ordinarie. Gli scienziati si sono resi conto che includendo coppie fluttuanti di tachioni e anti-tachioni, i numeri immaginari che non aiutavano a completare i calcoli potevano essere eliminati. Potrebbero anche spiegare la rapida espansione dell'universo nei momenti iniziali della sua creazione.
Queste ipotesi non possono essere negate da alcun test sperimentale. Tuttavia, il modello si adatta perfettamente a tutti i dati sperimentali attualmente disponibili sull'energia oscura e l'energia dell'inflazione che si è verificata quando il big bang ha creato l'universo.
Tutti questi calcoli suggeriscono che i tachioni ad alta energia sarebbero in grado di riassorbire quasi tutti i fotoni emessi e, quindi, diventano invisibili.